§ 5.10. Очаг поражения при авариях и катастрофах, связанных со взрывом

Очаг поражения при взрыве – это территория, на которой вследствие действия воздушной ударной волны разрушаются здания, сооружения, оборудование, гибнут или получают травмы люди. Территорию очага при взрывах мощностью G > 10т, где G – тротиловый эквивалент взрыва, ограничивают кругом радиусом, соответствующим избыточному давлению во фронте ударной волны ΔP_ф=10кПа, рис.56.

На этом рисунке обозначено:

1 – зона полных разрушений, соот-ветствующая давлениям ΔP_ф>50кПа,

2 – зона сильных разрушений (ΔP_ф=30 – 50кПа),

3 – зона средних разрушений (ΔP_ф=20 – 30кПа),

4 – зона слабых разрушений (ΔP_ф=10 – 20кПа).

Рис. 56. Очаг поражения при взрыве

Для определения границы очага поражения и границ зон разрушений используется формула (5.1). По формуле рассчитывается график изменения давления ΔP_ф = ΔP_ф(R), рис. 57. С графика снимаются значения расстояний R₁, R₂, R₃, R₄, на которых имеют место давления ΔP_ф = 50, 30, 20, 10 кПа. При этом зона полных разрушений имеет форму круга радиусом R₁, зоны сильных, средних и слабых разрушений – форму концентрических колец с внутренним и внешним радиусами R₁ u R₂, R₂ и R₃, R₃ и R₄ соответственно.

Рис.57. Изменение давления ΔP_ф при взрыве

При определении очага поражения можно использовать следующий приём. Умножив левую и правые части соотношения (5.1) на R³, приходим к уравнению

,

где , , ,

Искомое решение может быть представлено в виде

, (5.67)

где величина c зависит только от давления ΔP_ф.

Величину c принято называть параметром уровня поражения. Значения параметра c приведены на рис. 58.

Рис. 58. Зависимость параметра c от величины давления ΔP_ф

В соответствии с пояснениями к рис.57 радиус R₁ определяет зону полных разрушений, радиусы R₁ и R_2, R₂ и R_3, R₃ и R₄ зоны сильных, средних и слабых разрушений соответственно; радиус R₄ определяет также и размеры очага поражения.

Пример. Определить радиусы зон полных, сильных, средних и слабых разрушений

при наземном взрыве тротилового заряда массой 20т.

Решение:.1. С графика рис.58 снимаем значения c, отвечающие давлениям ΔPф =50, 30, 20, 10 кПа.

c = 4,7; 6,4; 8,2; 13,5

2. Искомые радиусы R₁, R₂, R₃, R₄ рассчитываем по формуле (54)

м

м

м

м

Очаг поражения при небольших по мощности взрывах. Расчёт очага поражения при взрывах мощностью G<10т имеет определённые особенности. При определении воздействия ударной волны на здания, сооружения в этом случае необходимо учитывать действие импульса давления в фазе сжатия, вычисляемого по соотношениям (5.4) или (5.5). Значения J₊ , характеризующие степени поражения некоторых конструкций, приведены в табл. 38.

Вместе с тем, с целью единого подхода к оценке очага поражения при авариях и катастрофах, связанных со взрывом, разработаны приближённые методы, позволяющие упростить проведение необходимых расчётов. К их числу относится метод выбора опорного параметра, характеризующего существо рассматриваемого явления при различных условиях взрыва. В качестве такого параметра выбрана степень поражения объекта.

Расстояния, на которых имеет место одна и та же степень поражения исследуемых объектов при различных значениях G, определяются по формуле [10]

, (5.68)

где величины c, G имеют то же значение, что и в формуле (5.67). Эта зависимость получена на основе наблюдаемых разрушений типовых зданий и промышленных сооружений при взрывах бомб различной мощности в период 2-й Мировой войны.

Давление во фронте воздушной ударной волны на данных расстояниях оценивается по формуле (5.1), которая может быть приведена к виду

, (5.69)

где величина , а значение c то же самое, что и в формулах (5.67), (5.68).

Пример. Промышленное здание с лёгким металлическим каркасом при взрыве мощ- ностью G > 10т получает среднюю степень разрушения при давлении во фронте ударной волны ΔPф = 30 кПа. Определить расстояние, на котором здание получит аналогичную степень разрушения при взрыве тротилового заряда массой G = 2000кг и определить давление ΔPф на этом расстоянии.

Решение. 1. С графика рис.58 снимаем значение параметра c, отвечающее давлению ΔP_ф=30 кПа

c = 6.4

2.По формуле (5.68) вычисляем расстояние, на котором при взрыве заряда массой G=2000кг здание получит среднюю степень разрушения

, м

3. Вычисляем значение

4.По формуле (5.69) находим искомое давление

кПа

Следует отметить, что при определении безопасных расстояний для получения заданного «коэффициента запаса» параметр c в формуле (5.68) может быть несколько увеличен. Например, по данным работ [10,31] при оценке возможной степени разрушения зданий допускается принимать следующие значения этого параметра: c = 3,8 – полное разрушение зданий; c = 5,6 – 50% разрушения зданий; c = 9,6 – разрушение зданий без обрушения, c = 28 - умеренные разрушения, т.е. разрушение дверей, оконных переплетов, кровли, повреждение малопрочных перегородок; c = 56 – малые повреждения с разрушением 10% остекления.

Очаг поражения при детонации газовоздушной смеси. Энерговооружённость горючих газов достаточно высока. При детонации облака ГВС с составом смеси, близким к стехиометрическому, поле давлений рассчитывается по соотношениям (5.33). Анализ показывает, что область давлений ΔP_ф < 200 кПа определяется последним из них. Разрешая его в виде R=R(ΔP_ф, R ), получим формулу для расчёта очага поражения (и зон разрушений) в виде

, м (5.70)

Подставив в эту формулу значения ΔP_ф = 50, 30, 20, 10 кПа, можно вычислить радиусы R₁, R₂, R₃, R₄. В формуле (5.70) величина R имеет то же значение, что и в соотношении (5.34).